Warum ist der Rumpf eines Verkehrsflugzeugs kreisförmig?

Wenn Sie eine hohle Struktur unter Druck setzen, versucht sie, eine runde Form anzunehmen. Wenn Sie einen leichten Druckbehälter erstellen möchten, ist wiederum eine Kugel das effizienteste Ergebnis, da dort die Spannungen in der Haut an jedem Punkt gleich sind. Sprengen Sie im Zweifelsfall einen Partyballon.

Eine Kugel ist nicht die effizienteste Form für die Aerodynamik, daher sind Rümpfe längliche Kugeln mit einer schönen Verkleidung am Ende. Wenn Sie sie in der Mitte zylindrisch machen, können Sie die meisten Schotts auf derselben Schablone bauen und Abschnitte der Innenverkleidungen austauschen. Wenn Sie für die nächste Version des Flugzeugs einen längeren oder kürzeren Rumpf benötigen, können Sie außerdem problemlos Abschnitte hinzufügen oder entfernen - die Teile passen auch nach der Änderung.

Beachten Sie, dass die Rümpfe von drucklosen Flugzeugen dieser Logik nicht folgen. Ein Short Skyvan oder eine Dornier 228 haben Rümpfe mit rechteckigem Querschnitt, sodass große Fracht hineinpassen kann.

Außerdem sind einige Rümpfe Kombinationen von Zylindern. Der Boeing 377 Stratocruiser nutzte den unteren Rumpf der B-29 und hatte oben einen größeren Zylinder, um den Passagieren mehr Platz zu geben.

Boeing 377 Querschnitt ( Bildquelle )

Aus dem gleichen Grund sind auch Raketenstufen zylindrisch. Außerdem müssen sie aerodynamisch sein, hohen Innendruck aushalten und leicht sein.

Die Rümpfe sind aus zwei Hauptgründen kreisförmig (oder fast kreisförmig) :

• Der Hauptgrund ist, dass bei einem kreisförmigen Querschnitt den Druckbelastungen durch Zug statt durch Biegebelastungen in nicht kreisförmigen Abschnitten entgegengewirkt wird. Außerdem weisen die nicht kreisförmigen Abschnitte Spannungskonzentrationen auf, wenn sie unter Druck gesetzt werden, was zu einem Versagen führen kann.

• Bei einem kreisförmigen Design reißt die Strömung bei kleinen (bis mäßigen) Anstellwinkeln und im Seitenschlupf nicht ab.

Bei drucklosen Flugzeugen werden die Rümpfe durch Volumenbeschränkungen bestimmt und haben normalerweise eine rechteckige Form, da dies eine effizientere Raumnutzung ermöglicht.

Quelle: adg.stanford.edu

Im Fall von Flugzeugen mit Druckkabine ist die strukturell beste Option ein kreisförmiger Rumpf, aber um einen nützlichen Innenraum zu haben, wird ein elliptisches oder „Doppelblasen“-Design verwendet, mit einem äußeren kreisförmigen Abschnitt und geteilten inneren Abschnitten, wie z der A380.

Quelle: EADS

Warum haben [Flugzeuge] keinen quadratischen Rumpf?

^{Kurzes Skyvan-Foto von Wings over Europe}

^{Shorts Skyvan-Diagramm von A Tall Guy}

Die meisten Flugzeuge stehen unter Druck. Wenn Sie einen Gummiballon aufblasen, werden Sie feststellen, dass die wirtschaftlichste und stärkste Form für einen Druckbehälter eine mit kreisförmigem Querschnitt ist.

Sie werden auch feststellen, wenn Sie eine Origami-Wasserbombe aufblasen (Sie sollten aufhören, dies zu lesen, und jetzt eine Origami-Wasserbombe basteln), dass die flachen Seiten knicken und sich wölben - flache Blätter sind nicht gut darin, Druck zu widerstehen.

Sphärische Verkehrsflugzeuge hätten zu viele Nachteile, aber zylindrische haben ein gutes Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Gewicht, Luftwiderstand und Raumeffizienz.

Wie Sie oben sehen können, glauben Flugzeughersteller unter Umständen, dass sich die Vorteile eines rechteckigen Querschnitts lohnen.

Drag hat damit wenig bis gar nichts zu tun.

Der Hauptgrund, warum der Rumpf kreisförmig (oder elliptisch ) geformt ist, ist, dass die Kabine unter Druck steht.

Das bedeutet, dass das Rumpfinnere meist im Reiseflug einen höheren Druck hat als die Außenatmosphäre. Die kreisförmige (oder ungefähr kreisförmige) Form ermöglicht es dem Rumpf, ein Aufblasen wie ein Ballon mit minimaler Materialmenge zu vermeiden, wodurch das Gesamtgewicht des Flugzeugs minimiert wird. Ein quadratischer Rumpf würde aufgrund der Spannungskonzentration an den Ecken auseinanderbrechen . Eine kreisförmige Form hat keine Ecken, wo sich die Zugspannung konzentrieren kann.